基于LS-DYNA的爆炸應力波在不同密度巖體中傳播規律研究

習華偉，段 萌

(陜西黃河礦業集團公司，陜西 韓城 715400)

綜合技術

基于LS-DYNA的爆炸應力波在不同密度巖體中傳播規律研究

習華偉，段 萌

(陜西黃河礦業集團公司，陜西 韓城 715400)

利用LS-DYNA程序對不同密度巖體內爆炸應力波傳播特性以及應力峰值進行模擬分析，結果表明：應力峰值隨爆源距的增長而衰減；相同距離條件下，應力峰值隨均勻巖體密度呈線性增加趨勢；松散有裂隙的介質可降低爆炸應力，起到降震的作用。研究結果為工程降震措施提供參考。

LS-DYNA程序； 爆炸應力波； 均勻巖體； 傳播規律

1 炸藥和巖體模型的建立

利用LS-DYNA程序對爆破過程進行模擬。LS-DYNA程序是求解大位移、大應變的非線性顯式動力分析程序，已被廣泛應用于爆破工程領域。

(1)炸藥材料和狀態方程。炸藥采用HIGH_EXPLOSIVE_BURE材料模型。模型中采用的狀態方程如式(1)所示，炸藥參數如表1所示。

(1)

式中：P——壓力；

V——爆轟產物的相對體積；

E0——初始比內能，105MPa；

R1、R2、A、B、ω——常數。

(2)巖石模型及材料參數。巖石材料為*MAT_PLASTIC_KINEMATIC的彈塑性模型。巖石模型材料參數見表2。

模型為整體長寬1 200cm、高300cm的長方形。藥包為直徑D20cm、長度為80cm的長柱體，位于模型中心。為了減少求解過程的運算量，建四分之一模型；后處理時做YZ平面和XY平面對稱鏡像。依據不同巖體密度建立6個模型，巖體密度見表3。

表1 炸藥材料參數

表2 巖石材料參數

表3 模型巖體密度

2 傳播規律分析

條形藥包爆炸應力波傳播如圖1。由圖1可以看出，應力等值線先由柱狀向橢圓發展然后繼續向外擴散，逐漸形成近似圓形。

使用LS-DYNA對條形藥包徑向距離為R～10R(R=0.625D，D為藥包直徑)的元素點的應力值進行提取。應力隨距離變化曲線如圖2，應力隨不同介質密度變化見表4。

圖1 爆炸應力波傳播過程模擬結果

圖2 應力隨距離變化曲線

由圖2中曲線可以看出爆炸應力波在同一均勻介質中傳播時，應力值隨著距離的增大呈指數衰減，衰減速率隨著距離增加而減慢。不同介質中最大應力值隨介質密度增加而增大，數值見表5和圖3。

擬合后直線方程為f(x)=0.001 314x+0.050 12，

相關系數R2=0.979 5。相同爆源距爆炸應力波的應力值隨著均勻介質密度的增加呈線性增加。

3 結語

(1)ANSYS、LS-DYNA能夠有效地建立炸藥和巖體模型，進行爆炸應力波傳播過程的動態展示并獲取應力值。

(2)爆炸應力波在均勻介質傳播過程中，應力值隨距爆點距離的增加呈指數衰減，衰減速度較快，但衰減速率逐漸減小。

(3)當爆炸應力波在不同密度的均勻介質中傳播時，應力值隨介質密度的增加呈線性增長。質密、均勻的介質有利于爆炸應力波的傳播，而松散、有裂隙的介質可以降低爆炸應力波的傳播，起到降震的作用。

表4 不同密度均勻介質中的應力值

表5 不同密度介質中最大應力值

圖3 最大應力隨介質密度變化曲線

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Propagation law of explosive stress wave in different density rock based on LS-DYNA program

The propagation characteristics of explosive stress wave in rock mass and the peak stress were simulated by LS-DYNA program. The results showed that the peak stress attenuated with the increase of explosive source distance, under the condition of the same distance the peak stress increased linearly with the density of uniform rock, loosely with cranny medium could decrease the explosive stress and reduce the seismic action. The result provided a reference for seismic reduction engineering.

LS-DYNA program; explosive stress wave; uniform rock mass; propagation law

TD235.1+2

A

2017-- 02-- 20

2017-- 03-- 01

習華偉(1980-)，男，陜西渭南人，工程師，主要從事煤礦開采技術工作。

1672-- 609X(2017)04-- 0062-- 03